可调导板式液压抓斗装置与控制机构的研究

论文摘要

可调导板式液压抓斗作为重要的地下连续墙施工机械,广泛应用在各种深基础、防渗墙、挡土墙等基础施工当中。由于其工作载荷复杂多变,因此其机械性能、安全可靠性等备受关注。在开发具有独立知识产权的地下连续墙施工机械过程中,传统设计方法已经远远不能满足实际需要。随着计算机技术的迅猛发展,计算机辅助工程(CAE)技术己变得日趋成熟和高效,成为开发设计工作中的重要手段。本文在全面调研、综合分析国内外地下连续墙成墙装备与技术的基础上,针对可调导板式液压抓斗装置与控制机构,利用CAE仿真技术,通过进行运动学、动力学仿真分析,确定抓斗装置的危险工况,并据此进行了可调导板式液压抓斗装置与控制机构的结构强度分析、模态分析、稳定性分析等。全文主要从以下方面进行了阐述:首先,分析了连续墙抓斗的工作原理、结构特点以及国内外的发展概况。其次,对液压抓斗装置掘削抓取岩土的数学模型进行研究。再次,以三维软件SolidWorks为平台,创建可调导板式液压抓斗装置的三维模型。在多体动力学仿真软件COSMOS/Motin环境下,对掘削机构工作装置进行运动学和动力学仿真分析。以仿真结果为依据确定液压抓斗的最危险工况,以此工况下的载荷为边界条件,在COSMOS/Works环境下对抓斗装置进行有限元静强度分析计算和模态分析。最后,对可调导板式液压抓斗的控制机构进行安全可靠性分析,并对控制机构中的销轴和小齿轮进行疲劳强度校核,计算结果表明销轴和小齿轮的设计安全可靠。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 概述
• 1.1 抓斗施工连续墙的工艺过程
• 1.2 连续墙抓斗结构与机理分析
• 1.2.1 机械式钢丝绳抓斗
• 1.2.2 液压抓斗
• 1.3 各种抓斗设备的作业机理与结构特点
• 1.4 可调导板式液压抓斗的国内外发展状况
• 1.5 本章小结
• 第二章 液压抓斗掘削数学模型
• 2.1 机械掘削土的基本规律
• 2.2 液压抓斗的作业工况与抓取阻力分析
• 2.3 液压抓斗抓取阻力的计算
• 2.3.1 切入阻力
• 2.3.2 摩擦阻力和被动阻力及粘聚力
• 2.4 抓斗掘削抓取过程力矩平衡方程的建立
• x和l_Q'>2.5 求解抓斗各个开度下的Q_x和l_Q
• 2.6 刃口切入力矩与切入阻力矩
• 2.7 本章小结
• 第三章 液压抓斗装置建模和运动学及动力学仿真分析
• 3.1 实体建模
• 3.1.1 零件特征建模
• 3.1.2 三维实体装配建模
• 3.2 液压抓斗的虚拟装配
• 3.3 液压抓斗装置的运动学仿真
• 3.3.1 ADAMS 的运动学方程
• 3.3.2 基于COSMOS/Motin 的抓斗机构的运动学仿真
• 3.3.3 抓斗机构的运动学仿真分析
• 3.4 液压抓斗机构的动力学仿真分析
• 3.4.1 ADAMS 的动力学方程
• 3.4.2 液压抓斗的动力学建模
• 3.4.3 虚拟建模步骤
• 3.4.4 液压抓斗机构动力学仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 液压抓斗装置的有限元分析
• 4.1 COSMOS/Works 软件介绍
• 4.2 液压抓斗机构有限元模型的建立
• 4.3 抓斗机构的静强度分析
• 4.4 模态分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 液压抓斗控制机构的安全可靠性分析
• 5.1 液压抓斗控制机构的安全可靠性分析和设计
• 5.1.1 液压抓斗的安全功能
• 5.1.2 液压抓斗控制机构的安全可靠性概念
• 5.1.3 液压抓斗控制机构的安全可靠性设计
• 5.2 液压抓斗控制机构的稳定性分析
• 5.2.1 抓斗体和连杆的失稳分析
• 5.3 液压抓斗控制机构疲劳分析
• 5.3.1 三维建模
• 5.3.2 静态分析
• 5.3.3 疲劳分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要